隨著高爐大型化和噴吹煤粉比例不斷提高，高爐操作者對焦炭與CO2的反應性要求越來越低，對焦炭與CO2的反應后強度要求越來越高。煉焦煤中焦煤因其焦炭與CO2反應后強度高，銷售價格不斷提高。日前有消息稱，國際煉焦煤銷售商想要將煉焦煤的單種煤的焦炭與CO2反應后強度作為定價參數。然而，“焦炭反應性及反應后強度試驗方法”國標，從1983年的第一版變革到2008年的第三版，與世界公認的新日鐵方法的差異越來越大。因此，筆者對現行國標方法提出了商榷。

　　新日鐵試驗方法強調規范性

　　焦炭的反應性及反應后強度試驗，主要表達焦炭在高爐內進入風口回旋區前抗CO2氣化能力以及反應后的抗粉化能力。目前主要國家和組織（中國、美國和ISO）的試驗標準，都是參考新日鐵1982年在燃料協會志上發表的“高爐用焦炭的CO2反應后強度試驗方法”所制定的。

　　將焦炭調制成直徑19mm~21mm的塊，縮取200克，在1100℃下，與5Nl/min的100%CO2反應2小時，反應失重率為反應性CRI，反應后的焦炭在Ⅰ型轉鼓（ф130mm×L700mm）轉600轉（20rpm×30min），進行篩分，計算10mm篩上占入鼓量的百分比即為反應后強度CSR。

　　這一方法有幾方面因素決定它是一種規范性試驗：一是試驗溫度固定為1100℃，高爐內焦炭進入風口回旋區前實際反應溫度在800℃~1400℃，不同的焦炭起始反應溫度不同，不同的溫度下反應的模式和速度不同；二是用100%的CO2與高爐內焦炭進入風口回旋區前實際反應氣氛不符合，不同的焦炭在不同濃度CO和CO2的氣氛中反應模式也不相同；三是反應時間2小時與高爐內焦炭進入風口回旋區前實際反應時間不符合。因此，新日鐵的試驗方法是一規范性試驗方法，樣品制備方法、樣品的粒度、試驗爐的溫度控制、反應器的材料、氣體流量、反應時間等影響試驗結果的條件，都必須嚴格執行規范，否則試驗結果就不可比。

　　國標試驗方法存在較大差異

　　中國國家標準，第一版GB4000-83是1983年由當時的冶金部鞍山熱能研究所起草。基本參考新日鐵的方法，主要差異是制樣方法和所用的篩子。新日鐵的方法是縮取10kg25mm以上代表性焦炭，用顎式破碎機3次破碎，所用篩子為方孔19mm~21mm。國標制樣方法是先將20kg大于25mm去掉泡焦和爐頭焦的焦炭樣，機械破碎到小于25mm，再以人工在一塊厚度8mm~10mm鉆有ф21mm孔的鋼板上，用小鐵錘將焦炭樣調制成19mm~21mm，所用的篩子是圓孔ф19mm和ф21mm。為區分與新日鐵的方法試驗結果，國標將反應性縮寫為Cr，反應后強度縮寫為Sar。

　　1996年，首鋼鋼鐵研究所對國標進行了修訂，形成了第二版GB/T4000-1996。其主要對1983年的第一版的制樣方法進行了重大修改，將20kg大于25mm去除泡焦爐頭焦的焦炭樣，破碎、混勻、縮分10kg，用ф21mm和ф25mm篩分，大于25mm再破碎、篩分，取ф21mm的篩上物，去掉片狀和條狀焦，縮分得焦塊2kg，分兩次置于I型轉鼓中，轉50轉，取出后再用ф21mm圓孔篩篩分，將篩上物縮分出900g作為試樣，用四分法將試樣分成4份。試驗結果的縮寫完全與新日鐵的相同，即反應性為CRI，反應后強度為CSR。

　　2008年，武漢鋼鐵（集團）公司、首鋼總公司、冶金工業信息標準研究院和上虞市宏興機械儀器制造有限公司對國標進行了修訂，形成了第三版，GB/T4000-2008。在1996年版的基礎上，該版主要修訂了3個方面內容，一是制樣方法，機械破碎與人工修整相結合，保留較厚片狀焦和較粗條狀焦，將較厚片狀焦和較粗條狀焦用手工修整成顆粒狀焦塊；二是縮小焦炭試驗的粒度控制范圍，從ф21mm~ф25mm變為ф23mm~ф25mm；三是增加鋼玉管反應器和相應的底部開口式電加熱爐。

　　目前國標試驗方法與新日鐵試驗方法的差異歸納見表1。焦炭粒度差異已經較前兩版縮小，但是，在I轉鼓中轉50轉，使得焦炭試樣的表面光滑，一方面降低焦炭反應性，另一方面提高了反應后強度。新日鐵方法采用3段獨立控制加熱，試驗樣溫度均勻；國標采用一段控溫加熱，試驗樣的溫度均勻略差。而且焦炭與CO2的反應是吸熱反應，用鋼玉管作為反應器時供熱速度低于耐高溫合金鋼，也會降低焦炭反應性，且反應性越高吸熱量越大，差異越大。綜上所述，國標法的試驗結果與新日鐵方法的試驗結果有較大的差異。因此，國標法試驗結果不應該再用新日鐵的CRI和CSR的縮寫表達反應性和反應后強度，因為全世界都已經公認，CRI和CSR就是采用新日鐵的試驗方法所得數據。

　　試驗條件對反應性及反應后強度的影響

　　焦炭與CO2反應是一氣固相反應，多孔質固體的一些特性必然影響反應性和反應后強度。另外，不同配煤和不同煉焦工藝所生產的焦炭，其炭質結構、無機礦物的化學成分、氣孔率及氣孔分布不同，導致焦炭與CO2的反應模式不同。通過試驗，本文分析焦炭的一些試驗條件對反應性及反應后強度的影響。

　　反應時間的影響。3種不同煉焦工藝和不同配煤所生產的3種焦炭，傳統試驗方法的反應性及反應后強度見表2。反應性從25.6%到53.7%，差異超過1倍；反應后強度從15.5%到65.7%，差異超過了3倍。通過改變反應時間，使這3種焦炭的反應失重率都在20~60變化，反應后強度與失重率之間的關系見圖1。3種不同焦炭反應失重率與反應后強度之間都呈現很好的負線性關系，但不同工藝相關線的斜率不同，A和B兩種焦炭反應性和反應后強度差異最大，但相關線近似平行線；C焦炭是臥式搗固熱回收焦爐生產，配煤中配有一定比例的無煙煤，焦炭氣孔率較低，炭相結構的各向異性程度高，反應模式趨向于均相反應，反應后強度與反應失重率相關線斜率大于傳統6米頂裝焦爐的焦炭，大高爐不能大量使用這種焦炭的原因就在于此。

　　試驗爐的影響。取寶鋼本部一生產焦炭樣品，統一制備好19mm~21mm的樣品，縮分成多份試驗樣品，分別在3個不同試驗室進行對比試驗，反應性及反應后強度見表3。結果發現，3個試驗室的條件差異是造成試驗結果差異的主要原因，特別是反應爐的溫度控制方法對結果影響最大。焦炭與CO2反應是一吸熱反應，三段獨立控溫的試驗爐供熱能力和恒溫區的溫度均勻性優于一段控溫試驗爐，因此反應性高，反應后強度低。

　　試樣粒度的影響。筆者針對兩種不同性能的焦炭，進行了改變試樣粒度的反應性與反應后強度試驗。結果表明，雖然兩種焦炭性能差異很大，但是粒度與反應失重率關系都呈現負相關性，兩個樣品的相關線近乎平行；粒度與反應后強度都呈現正相關性，兩個樣品的相關線也近乎平行。國標方法的試樣在I轉鼓中轉50轉且粒度不同，與新日鐵方法有很大差異，必然導致試驗結果有較大差異。

　　綜上所述，我國國標“焦炭反應性及反應后強度試驗方法”與新日鐵試驗方法已經差異很大，試驗結果必然不同。因此，國標法試驗的結果不應再用CRI和CSR縮寫表達焦炭反應性和反應后強度。而越來越多的研究表明，現行的“焦炭反應性及反應后強度試驗方法”，已經不能正確評價現代噴吹煤粉高爐內焦炭的真實性能，建議開發新的評價方法替代之。